位於(yu) 馬裏蘭(lan) 州格林貝爾特的美國宇航局戈達德太空飛行中心的光學物理學家團隊正在試驗一種飛秒激光器,並且已經證明它可以有效地將玻璃焊接到銅,玻璃到玻璃,並用不同的材料鑽出毛發大小的針孔。
現在由光學物理學家羅伯特拉豐(feng) 領導的這個(ge) 小組正在將其研究擴展到更具異國情調的玻璃,如藍寶石和Zerodur,以及金屬,如鈦,因瓦合金,可伐合金和鋁材 - 這些材料常用於(yu) 航天儀(yi) 器。目標是焊接較大的這些材料,並表明激光技術可以有效地將窗戶粘附到激光外殼和光學元件以及其他應用中。
在空間技術任務理事會(hui) 中心創新基金計劃的支持下,該小組還在探索該技術在製造和封裝光子集成電路中的應用,光子集成電路是一項新興(xing) 技術,可以使通信,數據中心和光學傳(chuan) 感器等各方麵受益。雖然它們(men) 類似於(yu) 電子集成電路,但是光子集成電路是在包括二氧化矽和矽的材料混合物上製造的,並且使用可見光或紅外光而不是電子來傳(chuan) 輸信息。
“這開始是純粹的研究,但現在我們(men) 希望開始將我們(men) 學到的東(dong) 西應用到Goddard的樂(le) 器製作中,”Lafon說,指的是他和他的團隊,包括Frankie Micalizzi和Steve Li正在使用的工作。嚐試不同的材料和技術,可以有利於(yu) 航天應用。“我們(men) 已經看到了應用程序的內(nei) 容。在這種情況下,研究的研究是為(wei) 了我們(men) 的最大利益,“拉豐(feng) 說。
技術的美德
Steve Li(左),Frankie Micalizzi(中)和Robert Lafon(右)正在使用超快激光來粘合不同材料並蝕刻微觀通道或波導,光可以通過光子集成電路和激光發射器傳(chuan) 播。(圖片來源:Bill Hrybyk / NASA)
推動這些應用的核心是激光器本身。Lafon說,憑借其短脈衝(chong) - 在一千萬(wan) 億(yi) 分之一秒內(nei) 測量 - 超快激光以獨特的方式與(yu) 材料相互作用。激光能量不會(hui) 熔化目標材料。它在不加熱周圍物質的情況下蒸發它。
因此,技術人員可以精確地瞄準激光並粘合不同材料,否則在沒有環氧樹脂的情況下無法附著。“不可能將玻璃與(yu) 金屬直接粘合,”拉豐(feng) 說。“你必須使用環氧樹脂,它會(hui) 在鏡子和其他敏感儀(yi) 器組件上排出並沉積汙染物。這可能是一個(ge) 嚴(yan) 肅的應用程序。我們(men) 想擺脫環氧樹脂。我們(men) 已經開始聯係其他團體(ti) 和代表團,了解這些新功能如何使他們(men) 的項目受益。“
另一個(ge) 重要的應用是微機械加工領域。“在不損壞周圍物質的情況下去除少量材料的能力使我們(men) 能夠加工微觀特征,”Lafon補充道。
微觀特征包括金屬鑽孔,頭發大小的針孔 - 團隊已經證明的應用 - 蝕刻微光通道或波導,光可以通過光子集成電路和激光發射器傳(chuan) 播。相同的波導可以使液體(ti) 流過化學分析和儀(yi) 器冷卻所需的微流體(ti) 裝置和芯片。
對NASA項目的廣泛適用性
“超快激光器為(wei) 我們(men) 的微加工材料提供了根本性的變革,”戈達德戰略整合高級技術專(zhuan) 家Ted Swanson說。“該團隊在這項研究工作上的工作將使Goddard能夠將這項新興(xing) 技術應用於(yu) 各種各樣的飛行應用。”
為(wei) 此,該團隊 - 在NASA的幾個(ge) 備受矚目的激光通信項目(包括激光通信中繼演示)上工作,計劃編製一個(ge) 微加工和焊接功能庫。“一旦我們(men) 能夠可靠地展示這種能力,我們(men) 將嚐試將其應用於(yu) Goddard的現有挑戰。我們(men) 最初的研究表明,這項技術可以應用於(yu) NASA的大量項目,“Lafon說。
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